El MIT desarrolla una plataforma de computación micro de polímero flexible que imita el sistema nervioso del pulpo

En las profundidades del mar, el pulpo puede cambiar el color de su piel al instante, sin necesidad de enviar cada mínima decisión de vuelta a su cerebro central. Sus tentáculos piensan de forma local. Investigadores del MIT han trasladado esa magia blanda y descentralizada a una innovación de computación micro. Este nuevo dispositivo de computación a escala nanométrica emplea polímeros suaves y flexibles para procesar información dentro de una sola unidad microscópica. Cabe destacar que la plataforma replica la manera en que los cerebros biológicos computan a través del movimiento físico. Condensa complejos sistemas electrónicos en un empaque ultradelgado y eficiente en energía, lo que podría impulsar el desarrollo de robots inteligentes, parches médicos vestibles y sensores biocompatibles.

La inspiración tecnológica proviene del pulpo

Inspirado en el sistema nervioso distribuido de organismos como el pulpo, esta tecnología emplea materiales poliméricos suaves que, al aplicarles voltaje, se comprimen y rebotan, imitando la forma en que las neuronas cerebrales almacenan y disparan información. Al integrar estas funciones directamente en el material, se reduce la dependencia de voluminosos circuitos externos y fuentes de alimentación pesadas. Sin embargo, no se trata de una tarea sencilla. En intentos previos, otros ingenieros se toparon con barreras físicas al construir computadoras mecánicas a escala nanométrica. Cuando dos superficies metálicas se acercaban demasiado, las intensas fuerzas de adhesión molecular las pegaban de forma permanente, provocando el atasco de los componentes y el fallo del dispositivo.

Para resolver este problema, el equipo del MIT intercaló una capa extremadamente delgada de polidimetilsiloxano (PDMS) entre los dos electrodos metálicos. El PDMS es un polímero suave y viscoelástico.

Este dispositivo a escala nanométrica utiliza tres componentes centrales que trabajan en conjunto para imitar la computación biológica. Los electrodos metálicos reciben las señales eléctricas entrantes y se comprimen cuando se aplica un voltaje. La capa de PDMS blando, intercalada entre ellos, actúa como un nano-resorte viscoelástico que equilibra las fuerzas de adhesión, permitiendo que los electrodos se muevan de forma reversible sin quedar adheridos permanentemente. El rebote gradual del polímero crea una memoria mecánica capaz de retener, a lo largo del tiempo, el historial de fuerzas aplicadas. «El PDMS es viscoelástico, lo que significa que, tras ser comprimido, necesita tiempo para recuperar su estado original. Esto permite que el dispositivo recuerde dinámicamente el historial de fuerzas y voltajes que se le han aplicado, y traduzca ese historial en una respuesta eléctrica», señaló el coautor principal, Peter Satterthwaite.

Mecanismo de funcionamiento del dispositivo

Con el paso del tiempo, la carga se va acumulando. Una vez alcanzado un umbral específico, el dispositivo dispara —igual que una neurona biológica— y luego se relaja para reiniciarse. Las neuronas biológicas acumulan señales eléctricas hasta alcanzar un umbral, momento en el cual disparan y transmiten información. El dispositivo del equipo del MIT replica este mecanismo: el voltaje aplicado comprime lentamente la capa de polímero hasta superar el umbral, lo que desencadena un disparo de estilo biológico, y luego se relaja para reiniciarse. La inteligencia artificial moderna consume enormes cantidades de electricidad, porque el hardware transfiere constantemente datos entre unidades separadas de memoria y procesador. La plataforma del MIT elimina por completo ese cuello de botella.

La memoria, la percepción y la lógica ocurren en el mismo lugar. Integrar la memoria y el cómputo directamente en un único componente a escala nanométrica reduce la necesidad de circuitos o capacitores adicionales.

Perspectivas de aplicaciones futuras

Este hardware flexible e inspirado en el cerebro abre las puertas a una próxima generación de productos electrónicos adaptativos, entre ellos la computación de borde de bajo consumo, prótesis inteligentes, monitores de salud vestibles y sensores ambientales autónomos. A continuación, los investigadores planean integrar la percepción directamente con la memoria y el cómputo, para crear sistemas de computación nanomecánica completamente adaptativos. El estudio fue publicado en la revista Science Advances.